机载电子设备智能故障诊断(中国民航大学)

一、机内测试定义
BIT就是指系统、设备内部提供的检测、故障隔离的自动测试力。
BIT的含义是：系统主装备不用外部设备而依靠自身电路和程序
就能完成对系统、分系统或设备的功能检查、故障诊断与隔离及性能
测试，它是联机检测技术的新发展。
机内测试的发展：
国外的BIT技术主要有大型航空公司和军火生产企业发起，最早
制定BIT的是美国航空无线电公司，70年代后期美国国防部率先设
计了军用装备的BIT设计指南，用于统一各种武器的BIT设计规范。
1983年美国国防部办法的《系统及设备维修性管理大纲》特别强调
测试性是维修大纲的一个重要组成部分，承认BIT及外部测试不仅对
维修性设计特性影响重大，而且影响到武器系统的采购和寿命周期问
题。
BIT技术在民机上的应用可分为以下四个阶段：
第一代BIT技术：
以Boeing737，L-1011，DC-10，A300B等飞机为代表，为20世纪
60年代末70年代初的产品。在这些飞机设计中提出了快速有效的故
障隔离要求，并规定了故障隔离的木匾。这一代飞机模拟式设备居多，
其BITE一般比较简单，分散。实际使用情况表明，BIT技术能够减
少故障隔离时间及航班延误次数。但由于其效率较差，未达到设计要
求，BIT名没有像预计的那样可靠，虚警率较高
第二代BIT技术：
以Boeing767,A310等飞机为代表，为20世纪70年代末80年代
初的产品。这一代民机的设计中分析了Boeing747等飞机的故障隔离
问题，干尽了原有BIT技术的设计，通过采用监控器和故障存储器来
解决间歇故障问题，提高了故障检测和隔离精度。
第三代BIT技术
以Boeing747-400，A320等飞机为代表，为20世纪80年代研制
而成并应用。这一代民机采用了集中式故障显示系统（CFDS）来控制
和现实飞机上所有装备BITE的LRU的故障数据，减少了监测系统的
复杂性，提高了BIT的标准化程度。
第四代BIT技术：
以Boeing777飞机为代表，为20世纪90年代初开始设计并生产。
他首次在飞机上建立了机载维修系统，从而解决了长期以来在飞机维
修，故障检测、定位、隔离等方面存在的问题。现在已经在BIT技术
的基础上发展成为更高一级的飞机健康管理（AHM）系统。
我国的BIT技术起步大致从20世纪80年代中后期开始。总体来
看，我国的BIT理论，技术和应用大致处于美国90年代初期水平，
目前国内对BIT的研究工作主要有相关的研究所承担，研制主要对象
是雷达系统和机载设备。
机内测试技术发展：
1.与自动测试装备日渐融合
为减少自动测试装备设备的种类,降低保障费用,自动测试装备正走向通用化
和模块化,电子集成程度的提高使得自动测试装备小型化甚至芯片化成为可能;
另一方面BIT的功能更加强大,具有很多自动测试装备所具备的故障检测、隔离
和定位功能。
2.应用领域拓宽
随着传感器技术(如分布式光纤)、智能前端信号采集处理器的发展和中央处理
器的小型化、集成化,BIT拓展到复杂机电系统状态监测和故障诊断。
3.向综合诊断发展
新型BIT的任务不仅限于检测、诊断,还包含控制、保护,具有综合状态监测、
复杂故障诊断、精确故障定位、反馈控制、关键部件保护等多种功能,其结构日
渐复杂、功能日渐强大,正发展为一个状态监控、故障诊断的综合系统。
4.走向智能化
人工智能技术在BIT中的应用,增强其自适应性和提高抗干扰能力,使其能够
处理更为复杂的测试问题,提高了实战服役的稳定性。
二、智能机内测试的定义：将包括专家系统、神经网络、模糊理论、信息融合等
在内的智能理论应用到BIT的设计、检测、诊断、决策等方面，提高BIT综合效
能，从而降低设备全寿命周期费用的理论、技术和方法。它主要包括BIT智能设
计，BIT智能检测，BIT智能诊断和BIT智能决策四个方面。
提出原因：①在使用过程中常规BIT诊断故障能力差、虚警率高、
不能隔离间歇故障，达不到系统的原有设计要求，严重降低了BIT的
诊断检测结果的可信度，影响了使用、维修人员对BIT的信任，阻碍
了BIT效能的充分发挥和更广泛、更深入的应用。②20世纪80年代
后期，神经网络、专家系统等智能理论和方法相继在故障诊断、模式
识别、状态监控等领域获得成功。以上两点，使智能BIT逐渐发展起
来。
三、机内测试的虚警定义：
BIT或其他监控电路指示有故障而实际上不存在故障的情况。
BIT虚警一般分两类：1监测对象A有故障，而BIT指示监测对象B有故障，即
所谓的错报。美军称为一类虚警。2监测对象无故障，而BIT报警，即所谓的假
报。美军称为二类虚警。
四、机内测试的作用
提高诊断能力：具有良好层次设计的BIT可以测试芯片、电路板、
系统各级故障，实现故障检测、故障隔离自动化。
简化设备维修：BIT的应用可以大量减少维修资料，通用测试设
备、备件补给库库存量、维修人员数量。
降低总体费用：BIT虽然在一定程度上增加了产品设计难度，但
综合实验、维修、检测和提高设备可靠性来看，能显著降低产品全寿
命周期费用。
五、举例阐述常规机内测试技术
环绕BIT技术
环绕技术目前已成为测试微处理器系统的标准方法，被测系统可
能是单个微处理机电路板或由许多这类电路板组成的系统。环绕技术
要求对微处理机及其输出器件进行测试。
测试开始是需要决定以微处理机为基础的芯片是否可用，这项工
作可用硬件余度来完成。微处理机芯片、ROM、RSM检查都通过后，
下一步就是检查电路其他部分。为完成此项工作，必须构建一个闭环
系统以便系统微处理机可利用储存在ROM区中的测试矢量激励其它
部分的运算电路。该系统中必须包含处理机控制的选通以便可以循环
使用数据。这样所得测试响应通过与输出线有关电路返回，保证微处
理机可以将实际测试响应与储存在ROM中的已知正确测试响应相比
较。
环绕BIT可应用于数字和模拟器件。图示是用于测试模拟和数字
器件的环绕BIT。在常规使用期间，微处理机输出从数字信号变为模
拟信号，输入从模拟信号变为数字信号。当BIT启用时，模拟输出被
连接到模拟输入，由微处理机进行信号检查。
环绕技术适用于电路板、模块或分系统级。不管电路是单个电路
板、模块还是由许多电路板、模块组成的分系统，只要微处理机对一
定数量的电路有影响，该技术就适用。
环绕技术对机内测试或自测试非常有用，目前在工业领域已成为
标准方法。
六、机载复杂电子系统机内测试实现的方式
工作原理：机载复杂电子系统机内测试由具有分层集成式的组织
结构的智能BIT实现。系统级BIT智能控制单元根据测试和维修要求
制定全系统测试方案，并将测试命令通过系统级测试和维修总线传到
各板级BIT。板级BIT智能控制和信息处理单元接受到测试命令后根
据电路板实际情况采取具体测试和诊断策略，并通过板级测试总线启
动各单元级BIT。元件测试结束后测试结果由板级测试总线会送至板
级BIT，板级BIT智能控制和信息处理单元综合元件级BIT结果和板
级自身的诊断回馈信息，进行浅层次的智能诊断，并将测试和诊断结
果向系统级BIT报告。系统级BIT智能综合诊断系统对板级BIT数据
进行智能综合诊断，并根据诊断结果给出系统重构、降级使用或更换
维修等建议。
七、ARINC604、624机载测试符合标准波音空客的特点
A320飞机参照ARINC604规范，航线维修中，LRU的BIT是由CFDS
（中央故障显示系统）以ARINC429格式传输显示的。
B777飞机参照ARINC604规范，航线维修中，LRU的BIT是由CMC
（中央维修计算机）以ARINC429格式传输显示的。
ARINC604是机内测试、设计和实施的标准。
ARINC624是飞机机载维护系统标准。
ARINC604内的BIT概述：
飞行中，BIT可检测与监控各LRU中的故障信息，各LRU由其内
置的BIT系统监控或同一由中央LRU监控系统监控。BIT还可实现对
与本系统相关联的系统进行监测并判断故障情况，BIT是一种
Powered-up test，从事航线维修的机组更换LRU后，可用BIT对其
功能是否恢复进行判断。
CFDS可提供航线系统监控，数据记录，隔离故障源，帮助更换LRU，
在修理中的自测试的功能，其工作过程是由各分系统分别进行BIT，
经由CFDIU（中央故障显示接口组件）传递到CFDU、RFDU，由CFDU
显示BIT结果。
ACARS系统接到地面站询问时，机组按下按钮开始发送信息，包
括BIT报告，CFDS启动BITE REPORT。
ARINC624内的BIT概述：
CMC可提供存储区存储维修需要的数据。
下载此数据需通过软件或OMS控制板。
CMC提供已安装的机载LRU信息，包括件号、序列号等，显示顺
序参考ATA章节，可显示分系统的BIT失效信息。可以是过去64次
航班任务的失效信息也可以是总数为256的零散失效信息。
CMC提供请求和数据信息来为分系统完成自测试。
分系统正确运行测试然后提供运行状态信息及结果在CMC上显
示。
分系统故障检测和BIT作为OMS的主要数据源来提供对LRU、内
部系统、外部接口的故障诊断和隔离。